JPS6237283B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ボイラーに於て発生する湿り飽和
蒸気の性質を改質する高温エヤー混合蒸気発生装
置に関する。

蒸気加熱器を装着しない通常の小型の標準ボイ
ラーから発生する蒸気は乾き度の悪い湿り飽和蒸
気である。近時の蒸気ボイラーは小型化され、缶
体の保有水量が少く、最も熱を必要とする高負荷
時にキヤリーオーバー現象が発生しやすく、使用
中の加熱機器入口では蒸気の乾き度は一般的に
0.9〜0.7％となつており、ドレン分（水分）を多
く保有し、熱交換時に必要な潜熱量の少い湿り蒸
気を使用する結果として大きな熱損失となる。

このような湿り飽和蒸気の保有熱量はその乾き
度（ｘ）によつて左右される。ここに乾き度
（ｘ）とは湿り蒸気中の蒸気（気体）の占める重
量割合を示すものである。例えばヒーター又はス
チームアイロンの如き加熱材器の熱交換伝熱面体
は、限定された供給蒸気を保有する容積と伝熱面
積によつて形成されるものであるから、このよう
な加熱機器に水分の多い湿り飽和蒸気を供給する
と、加熱機器内で蒸気は潜熱をうばわれて凝結を
開始した状態での機器内の乾き度（ｘ）は0.6〜
0.7％となつている。すなわち、同量の一定の蒸
気量を供給する時一定の機器内容積中で蒸気の占
める割合が小さくなり、蒸気のみが保有すること
のできる潜熱が小さくなつて、熱吸収利用効率が
大幅にダウンする。これを補うためには、より多
くの湿り蒸気量を供給するしかなく、ボイラーの
蒸気使用量が多くなり燃料のロスに直結する欠点
がある。

以上のように、一定の容積しか有さない伝熱面
体では蒸気の占める容積割合（ボイド率）が加熱
機器の熱消費量及び熱吸収有効率に決定的な影響
を与えるものである。

又一方、湿り飽和蒸気の発生水分は加熱機器の
熱交換伝熱面に厚いドレン層を形成させる。

このドレン層は熱伝導率が極度に悪いため、機
器の熱吸収利用効率をいちぢるしく低下させる欠
点がある。

この発明は、上記の欠点を解決するものであ
る。

以下、この発明を添付図面に示す実施例図に従
つて説明する。

第１図において、蒸気ボイラー機体ａは、断熱
性外装体１と、その内部火室２に配設された水管
体３とから主として構成されている。水管体３の
下部管寄せ４と、機外に設置されたホツトウエル
タンク５とはボイラー給水ポンプ６を介して給水
管７で連結し、ボイラー給水ポンプ６によつて、
ホツトウエルタンク５内の温水を水管体３内を所
定水位まで給水し貯水するようにしてある。更に
水管体３と管寄せ４とは複数の垂直水管８で連結
し、缶水が循環し得るようにしてある。

外装体１の下部１端にオイルバーナー９を臨ま
せ、該オイルバーナー９の燃焼によつて火室２を
約1200℃に燃焼加熱される。高温の燃焼ガスは火
室２内を矢印方向に移行する過程で、水管体３内
の缶水は加熱され蒸発しその上部の蒸気室１０内
で所定の選定圧力となる。水管体３の上部は主蒸
気管１１に連結し、主蒸気管１１は更に一端が吸
引混合器１２内に開設した湿り蒸気供給回路１３
に連結されている。蒸気室１０内に発生する湿り
蒸気の温度、圧力、及び移行を調整すべくボイラ
ー元圧力計１４、主蒸気弁１５、蒸気圧力調整弁
１６、湿り蒸気混合入口逆止弁１７、湿り蒸気温
度計１８、湿り蒸気圧力計１９等が順次に装着し
てある。湿り蒸気供給回路１３を通じて吸引混合
器１２に送られる湿り飽和蒸気の圧力は５Kg／m²
で、その時の蒸気温度は158℃である。

外装体１の上部に開口せしめた排気口３３の上
部には、断熱材にて形成されたエヤープレヒータ
ーｂの外函２０が自在に設置される。エヤープレ
ヒーターｂの外函２０の下部は排気ガス供給口２
１を、又外函２０の上部は排気ガス排出口２２を
開口せしめてある。エヤープレヒーター外函２０
の内部には上下の保持体２３ａ，２３ｂに保持さ
れたエヤー加熱管２４を複数本配設してある。複
数のエヤー加熱管２４はその受熱面積を大きくす
べく、各細管を蛇行状に配設することが望まし
い。エヤー加熱管２４の一端はエヤー圧送回路２
５に連結し、更にこのエヤー圧送回路２５の端部
にコンプレツサーのようなエヤー圧送装置２６が
装着される。エヤー圧送回路２５の所定位置に
は、エヤー圧送方向に順次エヤー圧力調整弁２
７、エヤー入口温度計２８、エヤー入口圧力計２
９、エヤー入口逆止弁３０を夫々装着し、エヤー
の円滑な供給、及びエヤーの温度とその圧力を調
整し得るようにしてある。エヤー加熱管２４の他
端は加熱エヤー圧送管３１に連結し、この加熱エ
ヤー圧送管３１の端部は前記吸引混合器１２に通
じている。排気ガス排出口２２の上部には、排気
筒３２が取付けられる。

高温の燃焼ガスは火室２内で缶水を加熱した後
外装体１上部排気口３３よりエヤプレーヒーター
外函２０の排気ガス供給口２１よりエヤー加熱室
３４に入り、コンプレツサー等のエヤー圧送装置
２６から圧送された約30℃前後の初期エヤーはエ
ヤー加熱室３４内の約240℃の排熱でエヤー加熱
管２４内のエヤーを約170〜200℃に加熱し、該
170〜200℃の加熱エヤーをエヤー圧送回路２５を
通じて4.2Kg／m²の一定圧力で吸引混合器１２に
送られる。エヤー圧送回路２５には回路流れ順に
プレヒーター２０の加熱エヤー出口温度計３５、
出口圧力計３６、補助加熱エヤー放出調整弁３
７、加熱エヤー出口逆止弁３８、加熱エヤー混合
入口圧力計３９、加熱エヤー混合入口温度計４
０、及び加熱エヤー混合入口逆止弁４１がそれぞ
れ配備してある。

上記、補助加熱エヤー放出調整弁３７は、蒸気
をあまり使用しない場合、加熱エヤー圧送管１０
内のエヤーの流速の低下に起因するエヤー温度の
低下を防ぐために設けられるもので、エヤー放出
調整弁３７を開弁して微量ながら加熱空気を大気
に放出して加熱エヤー圧送管３１内のエヤー流れ
を良好にすることによつて、該所の圧送加熱エヤ
ーの温度を常に170〜200℃に保持することが出来
るものである。

蒸気圧力調整弁１６を経て５Kg／m²の一定圧力
で158℃の湿り蒸気を給気させながら、4.2Kg／m²
の圧力の前記170〜200℃の高温エヤーを吸引混合
器１２に吸引させ、湿り蒸気と高温エヤーを混合
させる。この混合気体は蒸気供給配管４２により
ヒーター又はスチームアイロン４３の如き間接加
熱機器に送られる。

吸引混合器１２内に於て、２種の気体即ち湿り
飽和蒸気と高温加熱エヤーの圧力と温度が同圧と
同温になつて混合されるため、両気体の持つ運動
エネルギー（ｅ＝ｍ₀ ²／2g）は等しい。又、そ
れぞれの気体は膨脹の際外部仕事と熱の出入をし
ないのでその運動エネルギーを保存し、且つ異種
の気体の混合でも互いに相互に衝突することによ
つて運動エネルギーを均等に分配するので、たと
え分子の重さが異つても上記のｅ＝ｍ₀ ²／2gの
値はどの種類についても保存されることになる。
（ダルトンの法則）即ち、本発明の場合、加熱機
器内での温度は混合時の温度に等しいということ
になる。

又吸引混合器１２によつて湿り飽和蒸気圧力
（５Kg／m²）とそれより低いエヤー圧力（4.2Kg／
m²）とが吸引混合されると、エヤー圧送回路２５
の吸引混合器１２側のエヤー圧力は湿り飽和蒸気
の圧力（５Kg／m²）と同圧となることが、実験的
にも確認出来たものである。従つて、加熱機器４
３内で熱交換中において混合蒸気の蒸気分は潜熱
を奪われ、飽和水（ドレン水）の保有熱量（顕
熱）が残る。

高温の加熱空気はそれが高温であればあるほど
それが有する保有温度と熱量によつてより多くの
凝縮中の水分を気泡状に吸着する特性を有し飽和
水の保有熱量（顕熱）をその加熱機器の熱吸収利
用範囲まで有効に熱吸収を促進させることにな
る。混合蒸気を給気したとき、加熱機器内で熱交
換が効率よく達成されていることは、例えば、ス
チームドレンの排出状態からも明らかである。即
ち、 供給圧力Pw＝５Kg／m² 供給蒸気量１時間当り1100Kg／Ｈの条件で、湿
り飽和蒸気のみを供給配管４２に給気した時スチ
ームドレン圧力計４４にて2.5Kg／m²の背圧が発
生し、排出されるスチームドレンの温度はスチー
ムドレン温度計４５により138℃であり、このス
チームドレンを未処理まゝホツトウエルタンク５
に供給した時タンク内の温度は98℃に上昇し、自
己蒸発現象が生じた。一方本発明の混合蒸気を上
記と同一条件のもとで供給配管４２に給気したと
き、スチームドレン圧力は０Kg／ｍであり、スチ
ームドレンの温度も上記温度計４５によつて94℃
を示した。この排出スチームドレンを前記と同様
に未処理のまゝホツトウエルタンク５に放出した
とき、ホツトウエルタンク内の温度は85℃であつ
た。

以上のように、混合蒸気を給気した時は、加熱
機器内での熱交換が充分達成され、混合蒸気自体
によつて加熱機器の吸収有効利用効率を高水準に
維持できることが判明する。又スチームドレンが
100℃以下で回収されるため、ドレン回収時の熱
損失を最小限にすることが出来る。

又加熱エヤーのみを供給配管に送気した場合、
加熱機器に到達するまでに急速にその温度が低下
傾向を示すが、湿り飽和蒸気と加熱エヤーとの混
合気体の状態で加熱機器に供給することによつて
高温空気の温度はほとんど低下させることはな
い。尚４６は邪魔板である。

更に第２〜第４図はエヤープレヒーターｂの他
の実施例を示す。

第２図及び第３図は煙管式エヤープレヒーター
を示し、その外函ｂの内部に多数の煙管４７を水
平方向に配置し、この煙管４７に排ガスが移行す
る過程で、それに隣接する圧送空気加熱ヘツター
４８内部の圧送空気が加熱するものである。

又第４図は、多数の垂直煙管４９の外周に複数
本の圧送空気加熱コイル５０を螺旋（ヘリカル）
状に配設してあるエヤープレヒーターを図示して
ある。

この発明は上述のように、１側に排気ガス供給
口を、他側に排気ガス排出口を開設してなる断熱
性外函を蒸気ボイラーの排気口上部に設置し該断
熱性外函の内部を受熱面積を大きくしたエヤー加
熱径路を配設してなるエヤー加熱室となし、該エ
ヤー加熱径路の一端をエヤー圧送装置に、他端を
加熱エヤー圧送管に連結せしめると共に該加熱エ
ヤー圧送管の先端を混合器に取付け、この混合器
内にてボイラーの使用蒸気とこの蒸気温度より高
温の加熱エヤーとを混合するように構成してある
ので、ボイラーにおいて発生する湿り飽和蒸気を
改質せしめてより高カロリー乾燥混合蒸気にして
各加熱機器にその混合蒸気を供給し得ること、そ
してこの混合蒸気は、湿り飽和蒸気の湿り度に比
例した量だけ高温加熱空気を補給され、発生蒸気
中に気体が占める割合を高めること、即ちボイラ
ー機体外でボイラー機能に関係なく発生蒸気の乾
き度を高めるのと同効結果を得ると同時に蒸気流
速も大幅に加速され蒸気供給配管中のドレンの発
生量も減少させること、更には、この混合蒸気は
加熱機器の伝熱面体での気体（蒸気と高温空気）
の占める容積割合（ボイド率）を高めて加熱機器
内での飽和水分（ドレン分）を大幅に減少させ、
より多くの供給熱量を伝熱面体に与えることが出
来る。その際、伝熱面体のドレン層の形成も最小
とすることが出来るため加熱機器の熱吸収有効利
用効率を大幅に向上させ、より少い消費熱量で足
り従つて燃料費を大幅に節減でき、しかも、混合
蒸気にて供給を受けて熱交換した加熱機器から
100℃以下のスチームドレンを排出すること、又
ボイラーの排気口の上部に設置し得るため既存の
蒸気ボイラーを改造することなく、機種を問わず
いかなる蒸気ボイラーにも安価に使用出来るこ
と、しかも蒸気ボイラー機外エヤー加熱装置を取
付けるため、外函内のエヤー加熱径路の受熱面積
を場合により任意に大きく出来ること、しかも炉
内より低温のであるため、エヤー加熱径路が熱に
よる損傷を少くでき、従つて高温エヤー混合蒸気
混合蒸気発生装置自体の耐久性をも高めることが
出来る。しかも排熱利用であるため高温エヤーを
得るための別段の費用は全く不用である。又運転
初動時に混合蒸気を給気する前に、配管中及び加
熱機器内の残留ドレン分を排出するために高温エ
ヤーのみを供給配管に圧送することによつて蒸気
始動供給時の熱ロスを減少又はウオーターハンマ
等の原因を完全に除去できる等の優れた効果を有
している。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すもので、第１図
は使用状態断面図、第２図は煙管式エヤープレヒ
ーターの拡大断面図、第３図は第２図Ａ―Ａ線断
面図、第４図は蛇管式エヤーブレヒーターの拡大
断面図である。 ａ……蒸気ボイラー機体、ｂ……エヤープレヒ
ーター、２０……外函、２１……排ガス供給口、
２２……排気ガス排出口、２４……エヤー加熱
管、２６……エヤー圧送装置、３１……加熱エヤ
ー圧送管、３３……排気口、３４……加熱室、３
７……放出調整弁、４７……水平煙管、４９……
垂直煙管、５０……加熱コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １側に排気ガス供給口２１を、他側に排気ガ
   ス排出口２２を開設してなる断熱性外函２０を蒸
   気ボイラーの排気口３３上部に設置し、該断熱性
   外函２０の内部を受熱面積を大きくしたエヤー加
   熱径路２４を配設してなるエヤー加熱室３４とな
   し、該エヤー加熱径路２４の一端をエヤー圧送装
   置２６に、他端を加熱エヤー圧送管３１に連結せ
   しめると共に該加熱エヤー圧送管３１の先端を混
   合器１２に取付け、この混合器１２内にてボイラ
   ーの使用蒸気とこの蒸気温度より高温の加熱エヤ
   ーとを混合するようにしたことを特徴とする高温
   エヤー混合蒸気発生装置。 ２ エヤー加熱径路２４は、複数本の蛇行細管で
   あることを特徴とする上記特許請求の範囲第１項
   記載の高温エヤー混合蒸気発生装置。 ３ エヤー加熱径路２４は複数本の螺旋状細管５
   ０であることを特徴とする上記特許請求の範囲第
   １項記載の高温エヤー混合蒸気発生装置。 ４ エヤー加熱径路２４は水平方向に多層に配設
   された多数の水平煙管３１に隣接する細隙である
   ことを特徴とする上記特許請求の範囲第１項記載
   の高温エヤー混合蒸気発生装置。 ５ 混合器１２は、蒸気ボイラーから発生する湿
   り蒸気を一定圧力で給気させながら、高温加熱エ
   ヤーと湿り蒸気とを混合させ、さらに蒸気圧力よ
   り低圧の加圧エヤーを吸引し得るように構成した
   吸引混合器であることを特徴とする上記特許請求
   の範囲第１項記載の高温エヤー混合蒸気発生装
   置。 ６ 加熱エヤー圧送管３１に適宜に開閉自在とし
   た補助加熱エヤー放出調整弁３７を設けた上記特
   許請求の範囲第１項記載の高温エヤー混合蒸気発
   生装置。